Spørg Fagfolket: Hvad holder sammen på en foton?

Illustration: Bigstock/Wladimir.B

Vores læser Henning Hansen spurgte os engang:

En foton, der udsendes, kommer frem til modtageren som en hel foton. Almindelige elektromagnetiske bølger spredes mere eller mindre afhængig af diameteren på den antenne, de udstråles fra.

Hvad er det, der holder sammen på lyskvantet?

Læs også: Hvad er der mon inde i midten af en neutronstjerne?

Jens Ramskov, videnskabsredaktør på Ingeniøren, svarer:

Lad mig begynde med et modspørgsmål: En elektron, der udsendes fra en sender, kommer frem til modtageren som en hel elektron. Hvad er det, der holder sammen på elektronen?

Ingen undrer sig over, at man ikke kan dele en elektron, for en elektron er en udelelig elementarpartikel. På samme måde er en foton også en udelelig elementarpartikel.

Der er ingen principiel forskel på det oprindelige spørgsmål og modspørgsmålet, for både fotoner og elektroner har begge partikel- og bølgeegenskaber, hvor forskellen kun ligger i, at bølgelængden for fotoner typisk ligger omkring 1 mikrometer, mens den er omkring 1 nanometer for elektroner.

Det korte, simple svar er derfor, at elementarpartikler ikke deles, men vi kan godt gå lidt dybere.

Læs også: Spørg Fagfolket: Hvornår er en atomkerne ustabil?

Den moderne terminologi

I den moderne terminologi er fotoner exciterede tilstande af et kvantificeret elektromagnetisk felt - på samme måde som elektroner er exciterede tilstande af et elektronfelt, og protoner for den sags skyld er exciterede tilstande af et protonfelt.

Hvis man et sted exciterer det elektromagnetiske felt - og på den måde skaber en foton - vil denne excitation udbrede sig i en bestemt retning, og hvis denne excitation kan registreres et andet sted, er fotonen detekteret.

Hvis detektionen får fotonen til at forsvinde, fordi fotonens energi f.eks. overføres til en elektron i modtageren, så er excitationen taget ud af det elektromagnetiske felt igen. Hvis excitationen ikke registreres, er fotonen ikke detekteret, det er enten eller.

I kvantefysikken, hvor tingene, som navnet siger, er kvantificeret, er der ikke noget, der hedder en halv eller tredjedel excitation - svarende til en halv eller en tredjedel foton.

Der er den forskel på det elektromagnetiske kvantefelt og elektron-kvantefeltet, at udbredelserne ikke bevæger sig lige hurtigt. Det elektromagnetiske felt udbreder sig med lysets hastighed, for fotoner er masseløse, mens elektroner har masse og derfor må bevæge sig langsommere eller ligge stille - helt stille er de dog aldrig pga. Heisenbergs usikkerhedsrelation, der giver en nedre grænse for, hvor godt vi både kan bestemme position og hastighed.

Læs også: Spørg Fagfolket: Hvor store partikelacceleratorer er der planer om?

Ikke alene fotoner når frem

Ved radiokommunikation er der mange fotoner involveret.

Lad os tage en udsendelse af 1 kW ved en frekvens på 2,5 GHz - det svarer til ca. 6 x 10^26 fotoner i sekundet. Disse udsendes i forskellige retninger bl.a. bestemt af størrelsen på diameteren af antennen. Lad os sige, at vi har en modtager, der kun behøver et signal på 1 mW. Så vil det alligevel svare til 6 x 10^20 fotoner i sekundet.

Det er kun en meget lille del af fotonerne, der når frem til modtageren, dels fordi de bevæger sig i lidt forskellige retninger (spredningen), dels fordi de går de tabt ved absorption eller afbøjning af molekyler i luften.

Når vi har at gøre med disse enorme antal fotoner, er vi i det klassiske domæne, og så er mit råd udelukkende at bruge Maxwells elektromagnetiske feltteori og glemme alt om de finere detaljer i kvanteelektrodynamik.

Det vil være lige så unødigt kompliceret som at holde holde øje med position og hastighed af hver enkelt molekyler i en gas frem for at anvende begreber knyttet til deres kollektive opførsel som tryk og temperatur.

Spørg fagfolket

Du kan spørge om alt inden for teknologi og naturvidenskab. Redaktionen udvælger indsendte spørgsmål og finder den bedste ekspert til at svare – eller sender spørgsmålet videre til vores kloge læsere. Klik her for at stille dit spørgsmål til fagfolket.

sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

Kvantemekaniske partiklers (incl. fotoners) sandsynlighedsfunktion/bølgefunktion kan få lavet flere pukler - og hver af puklerne kan sendes i hver sin retning - incl. modsat af hinanden. (Impulsbevarelse er stadig gældende)

(Fx er en topuklet bølgefunktion er også hyper-entanglet - det er jo den samme partikel blot med forhøjet sandsynlighed de steder, hvor puklerne er som funktion af tiden).

March 25, 2015, scitechdaily.com: Quantum Experiment Verifies Nonlocal Wavefunction Collapse for a Single Particle: Citat: "... An experiment devised in Griffith University’s Center for Quantum Dynamics has for the first time demonstrated Albert Einstein’s original conception of “spooky action at a distance” using a single particle. ... “However, rather than simply detecting the presence or absence of the particle, we used homodyne measurements enabling one party to make different measurements and the other, using quantum tomography, to test the effect of those choices.” “Through these different measurements, you see the wave function collapse in different ways, thus proving its existence and showing that Einstein was wrong.” ..."

24 March 2015, nature.com: Experimental proof of nonlocal wavefunction collapse for a single particle using homodyne measurements: Citat: "... Here we demonstrate this single-particle spooky action, with no efficiency loophole, by splitting a single photon between two laboratories and experimentally testing whether the choice of measurement in one laboratory really causes a change in the local quantum state in the other laboratory. To this end, we use homodyne measurements with six different measurement settings and quantitatively verify Einstein’s spooky action by violating an Einstein–Podolsky–Rosen-steering inequality by 0.042±0.006. Our experiment also verifies the entanglement of the split single photon even when one side is untrusted. ... However, there is a key difference, which enables demonstration of the nonlocal collapse experimentally: rather than simply detecting the presence or absence of the photon, homodyne detection is used. This gives Alice the power to make different measurements, and enables Bob to test (using tomography) whether Alice’s measurement choice affects the way his conditioned state collapses, without having to trust anything outside his own laboratory. ... In this paper, we rigorously demonstrate Einstein’s elusive ‘spooky action at a distance’ for a single particle without opening the efficiency loophole. We note that, unlike ref. 12, we do not claim to have closed the separation loophole. Our work is the one-sided device-independent verification of spatial-mode entanglement for a single photon. ... The violation of the EPR-steering inequality by seven s.d.’s [standard deviations] is a clear proof that Bob’s quantum state cannot exist independently of Alice, but rather is collapsed by Alice’s measurement. ..."

-

January 21, 2015, scitechdaily.com: A Way To Self-Propel Subatomic Particles Without External Forces: Citat: "... Some physical principles have been considered immutable since the time of Isaac Newton: Light always travels in straight lines. No physical object can change its speed unless some outside force acts on it. ... Now, in a new variation on the methods used to bend light, physicists at MIT and Israel’s Technion have found that subatomic particles can be induced to speed up all by themselves, almost to the speed of light, without the application of any external forces. ... By manipulating the wave structure, the team found, it should be possible to cause electrons to behave in unusual and counterintuitive ways. ... It turns out that this self-acceleration does not actually violate any physical laws — such as the conservation of momentum — because at the same time the particle is accelerating, it is also spreading out spatially in the opposite direction. ..."

  • 2
  • 1

Planck beskrev det selv som et virkningskvant, et udtryk jeg synes mere om end at udnævne det til fotoner. Det er trods alt virkningen du ser, og ikke selve fotonen.

I øvrigt er det pudsigt at sammenligne hf for et 3um lyssignal med støjen for digital transmission. For S/N for digitale signaler regnes med Ebit/kT. kT ved stuetemperatur er 4E-21 j. Virkningskvantet for et 3um lyssignal er 6,62E-20 j. Hvis lyssignalet bestod af enkelte fotoner vil S/N være 15.

  • 4
  • 4

Ifølge den første kilde (to links) i mit indlæg, så findes bølgefunktionen for en foton.

Og bølgefunktionens kollaps findes også som fænomen.

Med felt mener jeg bølgefunktionen. Den kan opfattes som et intensitetsfelt der er spredt over et område, og hvor intensiteten angiver sandsynligheden for at vi møder fotonen. Når vi absorberer fotonen, så trækkes dens felt også væk.

Vi har under alle omstændigheder et felt - men har vi en partikel, der er årsag til feltet, eller kan feltet hænge sammen som en væskeklump uden partikel?

  • 1
  • 2

Svar på:

Vi har under alle omstændigheder et felt - men har vi en partikel, der er årsag til feltet, eller kan feltet hænge sammen som en væskeklump uden partikel?

Du vil enormt gerne finde en foton eller elektrons komponenter. Min foreløbige påstand udfra det jeg har læst er, at de er et "udeleligt" emne som pt bedst beskrives med en bølgefunktion/sandsynlighedsfunktion. Herudover har de egenskaber som du kan vekselvirke med den - een eller flere af de fire naturkrafter.

Nogle vekselvikninger der muligvis kan give andre fortolkninger er kvasipartikler.

Kig fx også på følgende mærkelige/underfundige observation, som (også) har givet fysikerne store kvantemekaniske hovedbrud siden 1960'erne:

October 29, 2014, scitechdaily.com: New Research Suggests Electron Wave Function Can Be Split and Trapped: Citat: "... Experiments led by Humphrey Maris, professor of physics at Brown, suggest that the quantum state of an electron — the electron’s wave function — can be shattered into pieces and those pieces can be trapped in tiny bubbles of liquid helium. To be clear, the researchers are not saying that the electron can be broken apart. Electrons are elementary particles, indivisible and unbreakable. But what the researchers are saying is in some ways more bizarre. ... “The experiments we have performed indicate that the mere interaction of an electron with some larger physical system, such as a bath of liquid helium, does not constitute a measurement,” Maris said. “The question then is: What does?” And the fact that the wave function can be split into two or more bubbles is strange as well. If a detector finds the electron in one bubble, what happens to the other bubble? “It really raises all kinds of interesting questions,” Maris said. ... Scientists have wondered for years about the strange behavior of electrons in liquid helium cooled to near absolute zero. When an electron enters the liquid, it repels surrounding helium atoms, forming a bubble in the liquid about 3.6 nanometers across. The size of the bubble is determined by the pressure of the electron pushing against the surface tension of the helium. The strangeness, however, arises in experiments dating back to the 1960s looking at how the bubbles move. ... Experiments have detected unidentified objects that reach the detector before the normal electron bubbles. Over the years, scientists have cataloged 14 distinct objects of different sizes, all of which seem to move faster than an electron bubble would be expected to move. “They’ve been a mystery ever since they were first detected,” Maris said. “Nobody has a good explanation.” ... They were able to detect all 14 of the objects from previous work, plus four additional objects that appeared frequently over the course of the experiments. But in addition to those 18 objects that showed up frequently, the study revealed countless additional objects that appeared more rarely. ... “That puts a dagger in the idea that these are impurities or helium ions,” Maris said. “It would be hard to imagine that there would be that many impurities, or that many previously unknown helium ions.” [] The only way the researchers can think of to explain the results is through “fission” of the wave function. In certain situations, the researchers surmise, electron wave functions break apart upon entering the liquid, and pieces of the wave function are caught in separate bubbles. Because the bubbles contain less than the full wave function, they’re smaller than normal electron bubbles and therefore move faster. ..."

-

Et andet interessant og mere "jordnært" eksperiment:

Centre National De La Recherche Scientifique (2007, April 2). Life And Death Of A Photon 'Filmed' For The First Time. ScienceDaily. Retrieved March 22, 2008: Citat: "... A photon is an elementary particle of light. In general it can only be observed when it disappears ... The end result is that the atom changes to state 1 if the cavity contains a photon and remains at state 0 if it is empty, as in the standard method. However, this time the energy absorbed by the atom is taken from the auxiliary field [Hvad er det?] and not from that of the cavity. As a result, the photon is still there after having been seen, and is ready to be measured again ... Suddenly the atoms appear in state 1, showing that a photon has been trapped between the mirrors. The photon comes from the residual thermal radiation which surrounds the cavity ... The moments at which the photons appear and disappear reveal the quantum jumps of light, which occur at random. ..."

  • 1
  • 0

Vi har under alle omstændigheder et felt - men har vi en partikel, der er årsag til feltet, eller kan feltet hænge sammen som en væskeklump uden partikel?

I kvantefeltteorier er felter det fundamentale, og partikler er en konskvens af heraf. Nogle felter kender vi godt, men deres partikler er noget sværere at finde, som det f.eks. gælder for Higgsfeltet, hvor partiklen først blev fundet i 2012 ud fra dens henfaldsprodukter ved LHC, og gravitationsfeltet (gravitonen er f.eks. ikke fundet endnu). Men når det gælder det elektromagnetiske felt, kender vi partiklen (fotonen) særdeles godt.

  • 7
  • 1

Sendes lys igennem en lysleder forsvinder måske 10% af lyset. Hvis man vil betragte det som fotoner siger man blot at 10% af dem forsvinder. Det jeg søger forklaring på er hvordan de 90% kan slippe igennem uden at blive dæmpet.

  • 3
  • 5

1mW er et meget stort signal for en radio-modtager men det er stadig en god ide at regne paa hvor mange fotoner der egentlig er i spil i en modtager.

Over morgenkaffen regnede jeg lidt paa 4G LTE baand 3 (det gamle GSM-1800 baand). Modtagerbaandet er fra 1805 til 1880 MHz saa en B3 foton maa have 1805E6 * 6.62E-34 = 1.2E-24J.

Modtagerfoelsomheden i B3 for 20MHz baandbredde er -91dBm hvilket svarer til 7.9E-10mW.

LTE er et OFDM system med 15kHz sub-carrier afstand. Der er 1200 sub-carriers i 20MHz baandbredde saa hver sub-carrier modtages med 6.6E-13mW eller 6.6E-16W.

Hvert symbol tager 1/15kHz sekunder saa energien i en sub-carrier for et symbol er 4.4E-20J. Det maa betyde at hvert symbol bestaar af 3.7E4 fotoner. Det er faktisk forbavsende faa.

  • 5
  • 0

Andre sammenligninger: Et signal med 3um bølgelængde vil med en styrke på 1nW = -60dBm være ret let at detektere. Hvis du pulser det med 1ns pulser vil hver puls bestå af ~600 fotoner. Går man lidt videre, så skal disse 600 fotoners faser af deres frekvens passe sammen med signalet.

Hvor blev dualiteten af, som før i tiden ofte blev nævnt?

  • 2
  • 3

En foton er en udelelig elemntarpartikel. Den kan skabes og tilintetgøres, men den kan ikke deles. Dens energi er bestemt af dens hastighed og bølgelængde. En foton med en høj energi kan afgive noget af sin energi eller konverteres til to eller flere fotoner med lavere energi. I begge tilfælde sker det i forbindelse med absorption af fotonen og emission af en eller flere nye fotoner. Men der er stadig ikke tale om en dæmpning eller en splittelse af den enkelte foton.

Elektromagnetiske bølger fra en antenne består af mange trillioner fotoner. Spredningen af bølgerne er således bare en spredning af retningerne for hver enkelt af de mange trillioner fotoner. Fotonerne i en elektromagnetisk bølge holdes derved sammen nøjagtigt som den ensomme foton, selvom de indbyrdes spredes fra hinanden.

  • 1
  • 0

Andre sammenligninger: Et signal med 3um bølgelængde vil med en styrke på 1nW = -60dBm være ret let at detektere. Hvis du pulser det med 1ns pulser vil hver puls bestå af ~600 fotoner. Går man lidt videre, så skal disse 600 fotoners faser af deres frekvens passe sammen med signalet.

Hvor blev dualiteten af, som før i tiden ofte blev nævnt?

Hvad mener du med dualitet i dette eksempel?

I et praktisk forsøg vil der være fasestøj i generatoren så de 600 fotoner har lidt afvigende frekvens og fase. Derudover er der fotonerne fra den termiske baggrundsstøj man heller ikke kan komme udenom så jeg er sikker på at hvis vi beskriver et eksperiment i detaljer med målebåndbredder, temperatur og så videre så skal dualiteten nok dukke op.

  • 0
  • 0

En foton er en udelelig elemntarpartikel. Den kan skabes og tilintetgøres, men den kan ikke deles.

Er du sikker på det? Hvis en foton deles i to, får du to fotoner, hver med den halve energi - de har altså en større bølgelængde. Den samlede energi og impulsmoment for de to fotoner er uændret. De to fotoner er kvantemekanisk sammenfiltrerede.

Vi kan diskutere hvor mange gange at vi kan dele en fotonen, og stadigt have sammenfiltrede fotoner.

En foton med en høj energi kan afgive noget af sin energi eller konverteres til to eller flere fotoner med lavere energi. I begge tilfælde sker det i forbindelse med absorption af fotonen og emission af en eller flere nye fotoner. Men der er stadig ikke tale om en dæmpning eller en splittelse af den enkelte foton.

Hvordan vil du forklare kvantemekanisk sammenfiltrering? Hvordan vil du forklare at der ikke er nogen tilfældig forsinkelse mellem dannelse af de to fotoner? Hvordan vil du forklare deres fasemæssige sammenhæng? Hvordan vil du forklare at der ikke er et energimæssigt tab, og at energien fordeles netop i to?

  • 1
  • 7

Er du sikker på det? Hvis en foton deles i to, får du to fotoner, hver med den halve energi - de har altså en større bølgelængde.

En foton kan ikke deles i to. Den kan, som Oluf Bagger skriver, vekselvirke med et stof. Dette betyder i praksis at fotonen tilintetgøres idet dens energi overføres til en elektron i stoffet, den vekselvirker med. Herefter kan stoffet så, hvis det har de rette egenskaber. skabe to nye fotoner, hver med den halve energi og dermed den dobbelte bølgelængde, som så udsendes fra stoffet. I mit felt er det dog oftere den anden vej, nemlig frekvensfordobling, hvor to fotoner absorberes og deres samlede energi bruges til at skabe en ny foton med den dobbelte energi og dermed den halve bølgelængde.

Hvordan vil du forklare kvantemekanisk sammenfiltrering? Hvordan vil du forklare at der ikke er nogen tilfældig forsinkelse mellem dannelse af de to fotoner? Hvordan vil du forklare deres fasemæssige sammenhæng? Hvordan vil du forklare at der ikke er et energimæssigt tab, og at energien fordeles netop i to?

Hvad vil du gerne have forklaret i forhold til sammenfiltring? Hvad får dig til at tro at der ikke er en tilfældig forsinkelse mellem dannelsen af de to fotoner? Hvor foton kommer fra et henfald fra exciteret tilstand til en lavere lavere tilstand. Når du har en udsendelse af to fotoner "samtidig", så er det fordi der er en virtuel tilstand, som elektronen kan lande i på sin vej fra den exciterede tilstand til grundtilstanden. Det skaber en forsinkelse mellem de to fotoner på nogle picosekunder. Alt efter hvilken tilstand elektronen er i inden henfald, så vil der måske være et energitab. Energien fordeles sådan som det passer med energiforskellene i de tilstande som elektronen kan lande i. Da der er energibevarelse, så vil et henfald med emission resultere i en foton med præcis den energi som adskiller de to elektrontilstande. Skulle energien deles i tre nye fotoner, så ville det kræve at der var to virtuelle tilstande mellem den exciterede tilstand og grundtilstanden og at disse lå jævnt fordelt.

  • 3
  • 0

Sendes lys igennem en lysleder forsvinder måske 10% af lyset. Hvis man vil betragte det som fotoner siger man blot at 10% af dem forsvinder. Det jeg søger forklaring på er hvordan de 90% kan slippe igennem uden at blive dæmpet.

Antager der er en vis sandsynlighed for at de forsvinder - og ellers fortsætter de.

De forsvinder ikke, men alt efter den vinkel de har på vej ind i lederen og hvor meget lederen bøjes undervejs, så vil nogle af fotonerne på et tidspunkt ende med at ramme lyslederens side med en så skarp vinkel, at der ikke længere er total intern reflektion og så vil fotonen blive absorberet af beklædningsmaterialet.

  • 1
  • 0

Det som undrer mig er kvantemekanisk sammenfiltrering af de to skabte fotoner. På en måde, er de forbundet til hinanden, og dermed ikke uafhængige. Hvis der er energitab for den ene foton, og et andet energitab for den anden, så er svært at se at de kan være sammenfiltreret over en vis afstand.

Energitabet sker inden i det stof, der har optaget energi fra den oprindelige foton inden de to nye fotoner skabes. For systemer, der er konstrueret til at danne sammenfiltrede fotoner vil der dog ikke være noget energitab, da man bruger dobbeltbrydende krystaller, som ikke absorberer energien fra lyskilden (ved den "aktive" bølgelængde, forstås).

  • 1
  • 0

Energitabet sker inden i det stof, der har optaget energi fra den oprindelige foton inden de to nye fotoner skabes. For systemer, der er konstrueret til at danne sammenfiltrede fotoner vil der dog ikke være noget energitab, da man bruger dobbeltbrydende krystaller, som ikke absorberer energien fra lyskilden (ved den "aktive" bølgelængde, forstås).

Men, er det så to fotoner, når de er sammenfiltrerede - eller er det to halve fotoner? Hvis vi kan have mange sammenfiltrerede fotoner, så giver det ikke mening at kalde dem for halve fotoner - men kan vi have uendeligt antal sammenfiltrerede fotoner? Eller, er der en grænse for antallet?

  • 1
  • 1

Kan nogle her forklare hvordan et interferometer fungerer med fotoner? Lys splittes og sendes to forskellige veje før det kombineres igen på detektoren.

Vi kan tage en 3um laser med en effekt på 100nW. Den vil sende 1500E9 fotoner/s. Det svarer til 5000 fotoner/m eller 0,2mm imellem dem hvis de lå på linie. Hvor lille/stor kan tværafstanden være hvis de ikke er på linie?

Det første problem er det halvt reflekterende spejl som splitter strålen. På en eller anden måde kommer halvdelen af fotonerne direkte igennem og den anden halvdel spejles ud i en anden retning. Jævnfør en attenuator.

Det næste problem er så at kun meget få af fotonerne vil komme samtidig til dette spejl, og derfor vil de, når de kommer tilbage, yderst sjældent være synkrone. Hvordan kan de så ophæve hinanden henholdvis forstærke hinanden. Kan to fotoner slukke hinanden, så detektoren ikke ser dem?

  • 2
  • 0

Jeg vil tro at destruktiv interferrens er muligt - det betyder ikke at fotoner kan slukke hinanden.

Det er ikke noget du behøver at tro, det er virkeligt. I øvrigt må detektoren betragtes som rimeligt "sort" for at få bedst mulig effektivitet.

Dette at de dukker op et andet sted er interessant, for en foton der rammer detektoren forsvinder vel, eller gør den? Hvad sker der hvis den ikke detekteres. Har den så ikke været der, eller er den reflekteret.

Det er ikke mig der vil udnævne alt til fotoner, så en forklaring er velkommen.

  • 1
  • 1

Det er ikke noget du behøver at tro, det er virkeligt. I øvrigt må detektoren betragtes som rimeligt "sort" for at få bedst mulig effektivitet.

Dette at de dukker op et andet sted er interessant, for en foton der rammer detektoren forsvinder vel, eller gør den? Hvad sker der hvis den ikke detekteres. Har den så ikke været der, eller er den reflekteret.

Det er ikke mig der vil udnævne alt til fotoner, så en forklaring er velkommen.

Jo, fotoner der rammer detektoren absorberes, og forsvinder. På samme måde som fotoner der rammer et sort legme. Hvis du derimod søger at udslukke fotoner, med destruktiv interferrens, så forsvinder de ikke - for du fjerner ingen energi med interferrens. Der er energibevarelse. Fotonerne skal ramme et sted, hvor de afsætter energien, for at forsvinde. Du kan afbøje lyset med destruktiv interferrens, men ikke få fotonerne væk. Du kan få dem væk fra et bestemt område, f.eks. detektoren, men du skal faktisk passe på hvor de rammer. Er det kraftige lasere, så er vigtigt at de rammer et område, det er egnet til at tage mod fotonerne, f.eks. et sort område der er kølet. Og i sidste ende havner fotonernes energi måske i et køleskab.

Man kan til en vis grad betragte et spejl, som et legme der slukker fotonerne med destruktiv interferrens. Men, energien forsvinder ikke.

  • 1
  • 1

Jo, fotoner der rammer detektoren absorberes, og forsvinder. På samme måde som fotoner der rammer et sort legme. Hvis du derimod søger at udslukke fotoner, med destruktiv interferrens, så forsvinder de ikke - for du fjerner ingen energi med interferrens. Der er energibevarelse. Fotonerne skal ramme et sted, hvor de afsætter energien, for at forsvinde.

Det er jo en forklaring helt efter bølgeopfattelsen, og passer ikke godt til begrebet fotoner. Efter bølgeteorien vil der være steder med destruktiv interferens og steder med additiv interferens, hvor du så siger at de fotoner der ikke kommer frem det ene sted i stedet dukker op det andet sted. Det er rigtigt nok, summen passer, men det passer bare ikke med fotoner som partikler, der bevæger sig i rette linier hver for sig (uden kobling til hinanden).

Eksempel: Et bestemt sted på detektoren kommer lys/fotoner fra den ene gren. Det gør der også fra den anden gren, som kan have løbet samme længde eller lidt mere eller mindre. Afhængig af længdeforskellen detekteres der mange fotoner eller ingen, men der må komme lige mange fotoner fra de to grene, som burde detekteres med mindre fotoner kan vekselvirke og pludselig hoppe hen til stedet med additiv interferens.

Det samme problem har jeg med dobbeltspalten. Fra hver spalte kommer lyset/fotonerne ud med en lille spredning, og når de så mødes på detektoren, så sker denne interferens, hvor der visse steder slet ikke kommer fotoner frem. Hvordan kan de når de går gennem spalten vide, at visse retninger er forbudt fordi den anden spalte også findes?

Jeg forkaster ikke kvantisering af energi og begrebet fotoner, men det skal kun bruges i de rette sammenhænge, hvor det har forklaret rigtig meget fysik. Det giver nogle meget søgte forklaringer, hvis modellen skal bruges i alle sammenhænge.

Som sagt, hvor blev dualismen af?

  • 0
  • 0

Det er jo en forklaring helt efter bølgeopfattelsen, og passer ikke godt til begrebet fotoner. Efter bølgeteorien vil der være steder med destruktiv interferens og steder med additiv interferens, hvor du så siger at de fotoner der ikke kommer frem det ene sted i stedet dukker op det andet sted.

Der gælder de samme resultater efter bølgeopfattelsen og fotonopfattelsen. Du skal ud i regulære problemer, der kun kan forklares med kvantefysik, hvis du skal se forskel. Fotoner fungerer også efter bølgeopfattelsen, men bølgerne angiver sandsynligheder. Så det du gør, er at du skubber sandsynligheden for detektion af fotonen.

Eksempel: Et bestemt sted på detektoren kommer lys/fotoner fra den ene gren. Det gør der også fra den anden gren, som kan have løbet samme længde eller lidt mere eller mindre. Afhængig af længdeforskellen detekteres der mange fotoner eller ingen, men der må komme lige mange fotoner fra de to grene, som burde detekteres med mindre fotoner kan vekselvirke og pludselig hoppe hen til stedet med additiv interferens.

Her er vi ude i kvantefysik, og opfattelsen af fotoner, og det kan jeg ikke give en forklaring på - det ved jeg ikke noget om. Fotonen er hvor den vil være.

Man kan måske intuitivt forstå det med Bohms pilotbølgeteori, men den er forkastet, så selvom man kan forstå det, så forstår man det så alligevel ikke. Jeg har tænkt på, om man kunne modificere den med en slags anti-fotoner, der går retur i kassen som den kom fra. Men det kan måske også modbevises.

Vi kan måske også lave en teori om, at fotonen kan være over hele bølgen og bevæge sig med over lysets hastighed. For, selvom mange mener at relativitetsteorien sætter en grænse på lysets hastighed, så gælder det ikke nødvendigvis her. Dels, så sætter relativitetsteorien kun en grænse for informationsoverførsel. Og det gør den måske ikke engang. Den sætter en grænse for energioverførsel, og overførsel af orden, som kan medføre en maskine f.eks. kører rundt, eller tilfører en højere energikvalitet. Men, forestiller vi os eksempelvis at vores informationer er xor'et med et helt tilfældig tal, så er det tilfældigt, i termodynamisk forstand, fordi ethvert tal, også ikke tilfældigt, der xor'es med et helt tilfældigt tal, vil altid være helt tilfældigt. Derfor, så kan vi måske godt overføre informationer, hvis vi kan få samme helt tilfældige tal til at dukke op flere steder i universet. Da vi ikke overføre hverken energi, eller information i termodynamisk forstand, så er der intet der gør, at det ikke kan ske med over lysets hastighed ifølge formlerne i relativitetsteorien. Dog, så hvis informationerne er rettet i en bestemt retning, så er der problemer. Informationerne kan kun udbrede sig med uendelig hastighed, i alle retninger, altså være globale, for det er muligt. Så relativitetsteorien garanterer ikke, at der ikke kan overføres noget, ved større hastighed end lysets.

Hvis nogen har kendskab til hvordan det virkeligt fungerer, og hvor vi finder fotonen, så kunne være sjovt, at få et godt svar.

  • 0
  • 3

Jens

Her er vi ude i kvantefysik, og opfattelsen af fotoner, og det kan jeg ikke give en forklaring på - det ved jeg ikke noget om. Fotonen er hvor den vil være.

Jeg er glad for at du prøvede at svare, selvom det ikke var fyldestgørende. Jeg er ikke opdraget med kvantemekanik, men vil gerne forstå det særligt med fotoner. Når jeg sammenholder alle forklaringerne på hvad en foton er, som her i Ramskovs beskrivelse, og bruger det med kendte observationer, så begynder det at halte. Måske min abstraktionsevne ikke er stor nok, eller beskrivelsen af fotonen er for dårlig/populær.

  • 1
  • 1

Jeg er glad for at du prøvede at svare, selvom det ikke var fyldestgørende. Jeg er ikke opdraget med kvantemekanik, men vil gerne forstå det særligt med fotoner. Når jeg sammenholder alle forklaringerne på hvad en foton er, som her i Ramskovs beskrivelse, og bruger det med kendte observationer, så begynder det at halte. Måske min abstraktionsevne ikke er stor nok, eller beskrivelsen af fotonen er for dårlig/populær.

Ja, det er svært at få en god forklaring om, hvor fotonen er.

Jeg syntes selv at bohm's pilotbølgeteori, giver en god intuitiv forståelse. Her forestiller man sig fotonen som en lille partikel der triller i en bølge. Altså, at det er fotonens felt, som styrer den. Når fotonen rammer noget, så afgiver den energien, og med et forsvinder også dens felt, som hører med til fotonen. Her syntes jeg, at det er lidt underligt, at energiens forsvinden sker momentant, og forestiller mig mere, at den "suges ud" med lysets hastighed. I mange sammenhænge giver pilotbølgeteorien de samme resultater som kvantemekanikken. https://en.wikipedia.org/wiki/De_Broglie%E... Der findes også en del youtube videoer. Det er det tætteste jeg kan finde på et forsøg på forklaring - men den holder altså ikke helt.

  • 0
  • 1

Jeg er selv en af dem der er i tvivl om der kan være noget ved pilotbølge teorien. Som jeg forstår teorien, så bevæger fotonen sig i en veldefineret retning, dog bestemt af sandsynligheder ud fra pilotbølgen. Pilotbølgen derimod er et felt omkring fotonen, og den kan godt blive separeret fra fotonen, og gå i hver sin retning. Dog, bliver den ikke mere separeret fra fotonen, at hvis fotonen forsvinder, så forsvinder den pågældende fotons felt overalt - den kolapser. Her er det at jeg syntes det er lidt ulogisk, at det sådan kan ske globalt, og ikke sker med lysets hastighed. Jeg forestiller mig, at det som i virkeligheden sker er at feltet udbredes som en ballon, der suges retur når fotonen kolapser, og hvor indsugningen sker med lysets hastighed. Skulle vi bruge en æter teori, så kan man måske forestille sig ballonen som fotonens æter der er forbundet, der suges væk med lysets hastighed og afgiver energien hvor ballonen punkterer - altså hvor fotonen detekteres. Dette medfører dog også, at det tager tid for fotonen at blive detekteret, da det tager tid for luften at suse ud, afhængigt af balloonens størrelse. Så den holder nok ikke. Man kan måske også forestille sig, at der opstår et undertryk hvor fotonen detekteres, og at hullet så fyldes op med med æter fra ballonen bagefter med lysets hastighed. Ved ikke, om sådan en teori med underskud i æteren holder bedre. Det kan vi måske godt forestille os, hvis der er lidt æter overalt. Jeg vil foreslå du ser et par videoer om pilotbølgeteorien - og så derefter forkaster den. Så kan du jo overveje, om du kan finde en redning til den...

  • 0
  • 1

Her nogle af de links jeg fandt på google om pilot-bølge teorien:

https://www.youtube.com/watch?v=RlXdsyctD50

https://www.youtube.com/watch?v=r0plv_nIzsQ

Jeg ser ikke direkte et problem med globale variable - som jeg skrev tidligere, så mener jeg ikke, at der er en konfligt med relativitetsteori. Men, man kan da overveje, om der kan være andre muligheder end et globalt kolaps af fotonens bølge samtidigt i rummet. Skal teorien være i overensstemmelse med kvantemekanikken, så kan det ikke gøres uden globale variable. En teori, uden globale variable, vil altid være i uoverenstemmelse med kvantemekanikkens beskrivelse. De globale variable, giver dog ikke anledning til, at kommunikation med over lysets hastighed er muligt, da vi ikke kan styre tilfældigheder - i hvertfald ikke endnu.

  • 0
  • 1

Her er en god artikel: https://www.quantamagazine.org/famous-expe... Men, som sagt - busted.

Måske er ikke helt korrekt at sige den er forkastet - de fleste tror ikke på den. Men, den er i overensstemmelse med kvantemekanikken. Dog ikke uden globale variable. Altså, variable der kan ændrer sig overalt i rummet. Selvom vi normalt forventer at et ikke er muligt at der er koblinger med over lysets hastighed, så er det dog ikke sådan at relativitetsteorien umuliggør det.

  • 0
  • 1

Jeg har ikke læst dine links endnu, men alle de søforklaringer, for at fastholde at alt lys og EM stråling er fotoner, virker lidt som redningskranse til en opfattelse der ikke flyder overalt. Atomer/molekyler kan udveksle energikvanter, som man så benævner fotoner, og det er en god beskrivelse. Når lys og EM stråling interfererer er det derimod en dårlig beskrivelse. Så skal man pludselig til at overveje størrelsen af en foton i længde og bredde og om fotoner kan mærke hinanden når de er tætte nok.

  • 1
  • 1

Jeg forestiller mig, at det som i virkeligheden sker er at feltet udbredes som en ballon, der suges retur når fotonen kolapser,

Jeg tror, at langt de fleste misforståelser udspringer af, at man prøver at lave "klassiske" analogier, der skal forklare, hvad der sker. Det kan næppe lade sig gøre.

Som fx at en foton skifter mellem at være en partikel eller en bølge. Men en foton er en foton - det er bare os, der gerne vil anskue den som det ene eller det andet, fordi sådan er den verden, vi kender - og det fører ofte til paradokser.

Samtidig bevæger fotonen sig med lysets hastighed, hvor tid ikke findes. En foton rejser momentant gennem universet, set fra fotonens sysnpunkt. Det gør det også svært at lave klassiske analogier, der giver mening.

På fotonens vegne vil jeg opfordre til, at man anskuer fotoner som fotoner - og ikke som andet.

  • 1
  • 1

Jeg tror, at langt de fleste misforståelser udspringer af, at man prøver at lave "klassiske" analogier, der skal forklare, hvad der sker. Det kan næppe lade sig gøre.

Prøv at se nogle af de youtube videoer som du kan finde under Bohms Mekanik / Pilotbølgeteori, f.eks. den her: https://www.youtube.com/watch?v=r0plv_nIzsQ

Det er meget tæt på kvantemekanikken, og bestemt tættere på kvantemekanikken og virkeligheden, end mange andre teorier vi anvender, som f.eks. Newton. En model behøver ikke at være sand for at være sand. Bare den er sand nok. Bohms pilotbølgeteori er faktisk sand nok, i rigtig mange sammenhænge. Kvantefysikeren som forklarer Bohms teori, mener endog ikke der findes tilfælde hvor at Bohms pilotbølgeteori ikke kan forklare det. Den er baseret på samme ligninger som kvantefysikken. Det, som dog er specielt ved pilotbølgeteorien er, at den kræver at fotoner på stor afstand kan aftale resultater. Eller det som man kalder non-locality. Mit bedste bud, på noget som er til at forstå, er pilotbølgeteorien. Det eneste man skal, er at acceptere at fotoner kan aftale ting og sager med større hastighed end lysets - eller rettere, med uendelig hastighed. Viser det sig, at kvantemekanikken her tager fejl, når at relativitetsteorien bliver indføjet, så kan ske at Bohms teori, ikke mere behøver at kræve non-locality, for at give samme svar som kvantememekanikken.

Der findes andre teorier, og teorierne er lavet til at give eksakt samme resultater som kvantemekanikken. Det kan derfor diskuteres, om der er nogen forskel, eller om det bare er forskellige måder, at beskrive det samme. Kvantemekanikken er formentligt den nemmeste teori, og den er derfor mest attraktiv.

Der er dog - som jeg ser det - små forskelle mellem pilotbølgeteorien, og kvantemekanikken, i form af superpositionsprincippet, som kun er i kvantemekanikkens teori. Min holdning er, at livet ikke havde eksisteret uden superposition. Sandsynligheden for at livet opstår spåntant, mener jeg ikke findes i Bohms teori. Derfor - så selvom teorierne er omtrent ens - så mener jeg, at livets eksistens beviser at Bohrs teori er den rette og ikke Bohms kvantemekanik. Uden superposition vil livet næppe være opstået. Så kan teorierne så være totalt ens - bortset fra at den ene teori muliggør liv, mens den anden ikke medfører mulighed for spåntant liv.

Der er intet galt med at tro på Newtons mekanik, Bohms mekanik, eller kvantemekanikken. Så længe, at man bare ikke tror på, at noget er korrekt. Jeg syntes, at det er en fejl at man ikke valgte at tro på Bohms mekanik før man valgte at tro på kvantemekanikken. Min holdning er at Newtons mekanik er 1. tilnærmelse. Bohms mekanik er 2. tilnærmelse. Og kvantemekanikken er 3. tilnærmelse, og måske den mest præcise eller nemmeste at regne på. Men sandheden - den kender vi ikke helt.

Der findes mange gode videoer på Internet om f.eks. Bohms pilotbølgeteori af kvantefysikere, som mener den er et muligt alternativ. Her en forklaring om spin med Bohms mekanik:

https://www.youtube.com/watch?v=Qz4CHI_W-TA

Selvom en teori kan forklare alt, behøver vi jo ikke at tro på den er korrekt. Hidtil, har vi ikke haft fysiske teorier, der har vist sig at faktisk være korrekt.

  • 0
  • 2

Personligt, syntes jeg at Bohms pilotbølgeteori er meget sjov - i princippet muliggør den måske fænomener, som ikke er tilladt i kvantemekanikken. Pilotbølgen angiver den vej, som en partikel der udsendes i en bestemt retning tager ved at den påvirker den. Men en sådan pilotbølge, sætter jo ikke nødvendigvis krav til, at den guider fotonen fremad - den kan også guide den baglands. Altså, pilotbølgeteorien vil i princippet tillade partikler der fortryder. Når en foton f.eks. rammer en spejl, eller et polarisationsfilter, så får den nu ekstra muligheder - den kan vælge, at tage udfordringen op, og lade sig påvirke af spejlet, og følge den bølge som er efter spejlet - og det samme med polarisationsfilteret. Men, den har også fortrydelsesret, og kan sige "jeg gider sku ikke", og gå tilbage i pilotbølgen. Måske kan endda være flere fotoner samtidigt i pilotbølgen der går i begge veje, uden at støde sammen. Dette kan kvantemekanikken ikke - så hvis vi kan finde praktiske eksempler på, at en foton forryder, så har vi bevist Bohms teori er bedre end kvantemekanik. Rejsen både frem og tilbage kan måske ske med lysets hastighed. Måske kan fotonerne der går frem og tilbage også interagere.

  • 0
  • 2

Men en sådan pilotbølge, sætter jo ikke nødvendigvis krav til, at den guider fotonen fremad - den kan også guide den baglands. Altså, pilotbølgeteorien vil i princippet tillade partikler der fortryder.

Det behøver måske ikke at være partiklen selv, som sendes retur, men en alternativ partikel som den er omdannet til - eller, det kan ske at partiklen ikke i sig selv sendes retur, men en helt anden partikel, der kun rummer information, som f.eks. siger at den her retning var god, den vil jeg anbefale, eller omvendt. Det interessante er, at pilotbølge teorien tillader i princippet en vekselvirkning eller partikler/nye partikler/information der udbreder sig i begge retninger, fordi den også kan fungere som guidebølge baglands.

  • 0
  • 2

Jeg ramte åbenbart et ømt punkt med mine overvejelser. Mange kloge hoveder har undret sig over det samme, og vi mere dødelige kommer nok ikke videre. Jeg vil derfor træde et skridt tilbage og spørge hvorfor man med djævelens vold og magt vil have EM stråling til at bestå af fotoner? Det forklarer en del i visse sammenhænge men volder også problemer i andre sammenhænge.

  • 2
  • 1

Re: Foton retur Jeg ramte åbenbart et ømt punkt med mine overvejelser. Mange kloge hoveder har undret sig over det samme, og vi mere dødelige kommer nok ikke videre. Jeg vil derfor træde et skridt tilbage og spørge hvorfor man med djævelens vold og magt vil have EM stråling til at bestå af fotoner? Det forklarer en del i visse sammenhænge men volder også problemer i andre sammenhænge.

Det er heller ikke i alle grene af fysikken, at EM stråling består af fotoner. Det er kun indenfor kvantefysik. Ellers, består det af EM bølger. Man anvender ikke kvantefysik, hvis problemet kan løses uden. Det bedste svar på dit spørgsmål syntes jeg er pilotbølge teorien, uanset om den er korrekt eller ej - her kan man forklare, præcist hvor at fotonen er her og nu, og det hele er deterministisk bestemt, ud fra fotonens udgangsbetingelse.

  • 0
  • 2

I den moderne terminologi er fotoner exciterede tilstande af et kvantificeret elektromagnetisk felt - på samme måde som elektroner er exciterede tilstande af et elektronfelt, og protoner for den sags skyld er exciterede tilstande af et protonfelt.

Dit svar er rimeligt fyldestgørende, men jeg faldt lige over at den del hvor du indfører et protonfelt. I modsætning til elektronen er protonen ikke en elementarpartikel ifølge standard modellen. Den er opbygget af kvarker, som er exitation i deres respektive felt. Dermed er der ikke brug for noget protonfelt.

  • 1
  • 0

Men, er det så to fotoner, når de er sammenfiltrerede - eller er det to halve fotoner? Hvis vi kan have mange sammenfiltrerede fotoner, så giver det ikke mening at kalde dem for halve fotoner - men kan vi have uendeligt antal sammenfiltrerede fotoner? Eller, er der en grænse for antallet?

Der eksisterer ikke halve fotoner. Fotoner er udelelige elementarpartikler. Det er to hele fotoner, der dog er sammenfiltrede. Det er kun deres energi, der er halveret. Energien er som bekendt afhængig af deres impuls og bølgelængde ( E = hv).

I forhold til antallet, så er vi ude i fysikkens grænseland. Jeg tror ikke der er en teoretisk grænse for hvor mange sammenfiltrede fotoner man kan danne, men det er svært at lave mange. Det højeste antal, jeg har hørt om er 5 fotoner, hvilket var lidt af en milepæl.

  • 2
  • 0

Der eksisterer ikke halve fotoner. Fotoner er udelelige elementarpartikler. Det er to hele fotoner, der dog er sammenfiltrede. Det er kun deres energi, der er halveret. Energien er som bekendt afhængig af deres impuls og bølgelængde ( E = hv).

I forhold til antallet, så er vi ude i fysikkens grænseland. Jeg tror ikke der er en teoretisk grænse for hvor mange sammenfiltrede fotoner man kan danne, men det er svært at lave mange. Det højeste antal, jeg har hørt om er 5 fotoner, hvilket var lidt af en milepæl.

Jeg havde aldrig hørt om mere end 2 sammenfiltrerede fotoner, og var i tvivl om der kunne være flere - det var baggrunden for mit spørgsmål.

Stadigt syntes jeg dog, at der kan sættes lidt spørgsmål ved udeleligheden, da at samme foton kan gå igennem to spalter. Jeg betragter det dog stadigt som samme foton, men at dens sandsynlighedsfelt kan være mange steder, herunder også deles i det 3-dimmensionelle rum. Kvantemekanikken mener jeg dog også betragter sandsynlighedsfeltet som fotonen. Og så kan den jo godt deles, men er en foton.

  • 0
  • 2
Bidrag med din viden – log ind og deltag i debatten